ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BẢN BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1 Đề tài Hệ thống điều tiết mực nước trong bồn chứa Nhóm 24 Phạm Công Chung MSSV 19021001 Nguyễn Xuân Tùng MSSV 19021134 Nguyễn Trung[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BẢN BÁO CÁO ĐỒ ÁN Đề tài: Hệ thống điều tiết mực nước bồn chứa Nhóm 24: Phạm Công Chung Nguyễn Xuân Tùng Nguyễn Trung Kiên MSSV: 19021001 MSSV: 19021134 MSSV: 19021070 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phạm Mạnh Thắng TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Tự động hóa tổng hợp nhiều lĩnh vực khí, điều khiển, cơng nghệ thông tin điện tử Các lĩnh vực kết hợp lại với tạo thành hệ thống tự động hóa cao tự động q trình sản xuất Ngành cơng nghiệp tự động hóa ngày có vai trị quan trọng cần thiết để đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế, q trình cơng nghiệp hóa đại hóa Nó địi hỏi nguồn nhân lực có trình độ cao để vận hành Nước chiếm đến tỉ lệ 70-80% trọng lượng thể. Nước có khả cung cấp nguồn khống chất, vận chuyển chất dinh dưỡng, oxy cần thiết cho tế bào, nuôi dưỡng tế bào hoạt động thể Nước có chứa nhiều chất khống có lợi cho sức khỏe 1.2 Kết luận Trong sản phẩm lần này, em thực thiết kế bể nước thông minh ngăn chặn thiệt hại việc sử dụng tài nguyên nước không cẩn thận Đây sản phẩm nhỏ tảng để giúp nhóm em phát triển tương lai sau Cơ sở lý thuyết 2.1 Giới thiệu Arduino UNO Arduino Uno là bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa vi điều khiển Microchip ATmega328 phát triển Arduino.cc Bảng mạch trang bị chân đầu vào/ đầu Digital Analog giao tiếp với bảng mạch mở rộng khác Mạch Arduino Uno thích hợp cho bạn tiếp cận đam mê điện tử, lập trình…Dựa tảng mở Arduino.cc cung cấp bạn dễ dàng xây dựng cho dự án nhanh ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…) ● Thông số kỹ thuật: - Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit - Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) - Tần số hoạt động: 16 MHz - Dòng tiêu thụ: khoảng 30mA - Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V DC - Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC - Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM - Số chân Analog: (độ phân giải 10bit) - Dòng tối đa chân I/O: 30 mA - Dòng tối đa (5V): 500 mA - Dòng tối đa (3.3V): 50 mA - Bộ nhớ flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader - SRAM: KB (ATmega328) - EEPROM: KB (ATmega328) ● Năng lượng: Arduino UNO cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO ● Các chân đầu vào đầu ra: Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu chúng sử dụng hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Giá trị điện áp chân 5V, dòng chân 20mA bên có điện trở kéo lên 20-50 ohm Dịng tối đa chân I/O khơng vượt 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch Ngồi ra, số chân Digital có chức năng đặt biệt: - Serial: 0 (RX) (TX): Được sử dụng để nhận liệu (RX) truyền liệu (TX) TTL - Ngắt ngoài: Chân - PWM: 3, 5, 6, 11 Cung cấp đầu xung PWM với độ phân giải bit hàm analogWrite () - SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân hỗ trợ giao tiếp SPI thư viện SPI - LED: Có LED tích hợp bảng mạch nối vào chân D13 Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) LED sáng LED tắt mức thấp (LOW) - TWI/I2C: A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác Arduino Uno R3 có chân Analog từ A0 đến A5, đầu vào cung cấp độ phân giải 10 bit 2.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 Cảm biến siêu âm HC-SR04 hay module cảm biến đo khoảng cách HC-SR04 sóng siêu âm module arduino nhỏ gọn, thích hợp cho tìm hiểu nghiên cứu hoạt động nguyên lý dòng cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm HC-SR04 dạng cảm biến module Cảm biến thường mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm loa cao tần Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường kết hợp với arduino, PIC, AVR,… để chạy số ứng dụng : phát vật cản xe robot, đo khoảng cách vật,… Chính cảm biến siêu âm dạng module, ứng dụng hay độ xác cảm biến phụ thuộc vào phần code mà người sử dụng lập trình nạp vào mạch điều khiển ● Cấu tạo : Cảm biến HC-SR04 có chân là: Vcc, Trig, Echo, GND ● Nguyên lý hoạt động: Để đo khoảng cách cảm biến siêu âm HC-SR04, ta phát xung ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig Tiếp theo, xung HIGH chân Echo cảm biến tạo phát nhận lại sóng phản xạ chân Lúc này, độ rộng xung với thời gian sóng siêu âm phát từ cảm biến phản xạ lại Trong khơng khí, tốc độ âm đạt mức 340 m/s (hằng số), tương đương với 0,034cm/microseconds Ví dụ đo mức chất lỏng có bồn chứa cảm biến siêu âm HC-SR04: Ta có bước sau: - Đặt chân TRIG lên mức Cao (5V) 10 μs (microseconds) - Sau module siêu âm ghi lại thời gian gửi sóng âm tần số 40Khz - Sóng siêu âm truyền xuống bề mặt chất lỏng bồn chứa phản xạ lại - Sóng phản xạ truyền ngược đầu dò - Module siêu âm nhận sóng phản xạ đánh dấu thời gian nhận tín hiệu Cuối cùng, module siêu âm đưa chân ECHO lên mức cao khoảng thời gian (microseconds ) phản hồi sóng âm (Gửi – nhận về) tính tốn khoảng cách 2.3 Module Relay kênh 12 V Module Relay Kênh 12V sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử cơng suất cao đèn, quạt điện điều hịa khơng khí, Module Relay Kênh 12V-10A sử dụng rộng rãi phổ biến hệ thống IoT, nhà thông minh, vườn thông minh, để điều khiển thiết bị tắt mở cách dễ dàng nhanh chóng ● Thơng số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 12V DC ( Nguồn khuyên dùng: 12V-1A hoặc 12V-2A) - Đầu ra: Tiếp điểm Relay đóng ngắt 220V-10A (AC), 30V-10A (DC) - Mạch sử dụng cách ly thơng qua PC 817 - Có Diot 1N4007 SMD bảo vệ chống ngược - Sử dụng Tranzito C1815 SMD để kích dịng - Nếu bạn muốn cách ly nên sử dụng 2 nguồn riêng - Kích thước: 55 * 25 mm - Các chân Module Relay: ● ● ● ● ● ● DC +: Kết nối cực dương nguồn điện DC-: Kết nối cực âm nguồn điện. IN: Theo cài đặt người dùng, mức cao thấp NO: Cổng Thường Mở COM: Cổng chung rơle NC: Cổng Thường Đóng 2.4 Màn hình LCD 1602 tích hợp I2C Module LCD I2C có tích hợp mạch điều khiển hình 16x02 giao tiếp I2C sử dụng IC điều khiển hình kí tự gồm 16 cột dòng giúp tiết kiệm dây nối với vi điều khiển (hoặc Arduino) cho khả hiển thị nhanh với nhiều chức Mạch điều khiển dùng cho hình 16x02 Thơng thường, để điều khiển hiển thị kí tự từ vi điều khiển xuất hình 16x02 bạn cần tới 7-8 dây nối đến chân vi điều khiển Điều gây nhiều phiền toái: sai dây, mạch rườm ra, khó viết code Những điều mạch điều khiển hình khắc phục hồn tồn số lượng dây tín hiệu giảm cịn nhất: dây Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp hình chuyển sang cho IC xử lý nằm mạch Bạn việc gửi mã lệnh nội dung hiển thị, giúp vi điều khiển có nhiều thời gian để xử lý tiến trình phức tạp khác Ưu điểm việc sử dụng giao tiếp I2C: ● Giao tiếp I2C sử dụng dây tín hiệu: SDA SCL giúp tiết kiệm chân vi điều khiển ● ● ● ● ● ● Tốc độ truyền liệu lên đến 400Kbps Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính tồn vẹn sử dụng chế phản hồi (ACK) byte liệu Có khả kết nối nhiều thiết bị với nhau: mạch có sẵn mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa module Địa mặc định: 0x27, mắc vào I2C bus tối đa module (3bit address set) Điện áp hoạt động: 3V-6V Để điều khiển độ tương phản hình, bạn xoay biến trở màu xanh Module lcd1602 có chân, chân có chức sau: Mô mạch Các linh kiện sử dụng - Cảm biến siêu âm hc-sr04 - Arduino uno - Module relay kênh 12VDC - Màn hình lcd 1602 tích hợp i2c - Động 12V ● Sơ đồ nguyên lý mạch ● Code Arduino Arduino proteus ... để điều khiển hiển thị kí tự từ vi điều khiển xuất hình 16x02 bạn cần tới 7-8 dây nối đến chân vi điều khiển Điều gây nhiều phiền toái: sai dây, mạch rườm ra, khó viết code Những điều mạch điều. .. dụng để điều khiển thiết bị điện tử công suất cao đèn, quạt điện điều hịa khơng khí, Module Relay Kênh 12V-10A sử dụng rộng rãi phổ biến hệ thống IoT, nhà thông minh, vườn thông minh, để điều. .. mạch điều khiển hình 16x02 giao tiếp I2C sử dụng IC điều khiển hình kí tự gồm 16 cột dòng giúp tiết kiệm dây nối với vi điều khiển (hoặc Arduino) cho khả hiển thị nhanh với nhiều chức Mạch điều